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国产 LTC2600 光谱共聚焦传感器:锂电池极片高精度对射测厚方案,替代基恩士 CL-3000 综合成本降 50%

来源:
时间: 2025-12-03

一、项目背景

锂电池极片作为动力电池的核心组件,其厚度均匀性直接影响电池的能量密度、循环寿命及安全性能。某锂电池生产企业年产 2GWh 动力电池,极片生产线涵盖正极(三元材料)、负极(石墨材料)两条产线,极片宽幅分别为 1.2m(正极)、1.0m(负极),轧制后目标厚度范围为 80-200μm,公差要求严格控制在 ±1μm 内。此前采用接触式测厚仪,存在极片表面划伤风险(划伤率约 0.8%),且无法适配负极石墨片的轻微弹性形变;后续尝试进口激光位移传感器,却因极片表面反光度达 85% 以上,导致测量数据波动幅度超 ±3μm,无法满足工艺要求。因此,亟需一种兼具高精度、抗高反光、非接触特性的测量方案,同时需控制设备投入成本,适配多产线扩展需求。


二、应用挑战

高反光表面干扰:极片经轧机精密轧制后,表面粗糙度 Ra<0.2μm,反光率超 85%,传统激光传感器易出现 “过曝光” 导致信号丢失,单次测量数据波动达 ±3μm;

微米级精度要求:正极三元极片设计厚度 120μm,负极石墨极片设计厚度 180μm,均要求厚度偏差<±1μm,需传感器具备超低重复精度与线性误差;

全幅多点位覆盖:正极极片宽幅 1.2m,若仅单点位测量,易漏检边缘区域(距边缘 50mm 内)的厚度偏差,需至少 3 个检测点位实现全幅覆盖;

成本与扩展性平衡:进口同类设备单套(含探头 + 控制器)采购成本高,且多通道扩展需额外付费,企业计划未来扩展至 5 条产线,需控制整体投入。


三、解决方案

(一)核心设备选型:性能与成本双优适配

最终选定国产 LTC2600 光谱共聚焦传感器搭配LT-CCH 多通道控制器,既满足精度需求,又实现进口替代降本,具体选型依据如下:


性能适配极片测量需求
LTC2600 采用光谱共聚焦原理,通过波长编码计算距离,无需依赖反射光强度,从根源解决高反光干扰问题。其核心参数完全匹配工艺要求:静态重复精度 0.05μm、线性误差<±0.3μm,可稳定捕捉极片 ±0.1μm 级的厚度变化;聚焦点光斑仅 Φ9μm(),能精准识别极片表面微小凸起(如粒径>5μm 的三元颗粒团聚);量程 2600um(检测范围 ±1300um),覆盖 80-200μm 的极片厚度区间,无需频繁调整探头位置()。
对比进口基恩士 CL-3000 系列(重复精度 0.06μm、线性误差 ±0.5μm),LTC2600 在核心精度指标上更优,且抗反光能力通过实测验证:在极片反光率 85%-90% 的场景下,连续 1 小时采样(1kHz 频率)的数据波动幅度仅 ±0.2μm,优于 CL-3000 的 ±0.4μm。


多通道控制器提升检测效率
LT-CCH 控制器支持 2-10 个探头连接,采样频率最高达 21Khz(),针对正极 1.2m 宽幅极片,配置 6 个 LTC2600 探头(3 组对射),在极片宽度方向设置 3 个检测点位(距边缘 200mm、600mm、1000mm),实现全幅无死角覆盖。极片传输速度 30m/min 时,21Khz 采样频率可每毫米采集 7 个数据,确保无漏检(如极片表面 0.5mm 长度的微小凹陷)。


进口替代:综合成本降低 50%
对比基恩士 CL-3000 系列与 LTC2600 的成本(按单产线 3 组对射点位配置):
成本项基恩士 CL-3000 方案国产 LTC2600 方案
设备采购成本6 探头 + 2 台 4 通道控制器,约 24 万元6 探头 + 1 台 6 通道 LT-CCH,约 10 万元
备件成本(年耗损)探头镜片 / 光纤约 1.5 万元同规格备件约 0.45 万元(仅 30%)
运维成本(年服务)上门服务单次 8000 元,年约 2.4 万元本地服务单次 2000 元,年约 0.6 万元
单产线年综合成本约 27.9 万元约 13.05 万元
由上表可见,LTC2600 方案单产线年综合成本仅为进口方案的 50%,若扩展至 5 条产线,年累计节省成本超 74 万元,且备件交付周期从进口的 45 天缩短至国产的 7 天,减少生产线停机时间。


(二)系统配置:全流程闭环控制

探头安装与校准
基于 LTC2600 的尺寸(φ36×97.9mm)设计专用夹持工装,固定于极片传输辊道两侧,每组对射探头的中心距离按 “测量中心距离 15mm” 校准(),确保上下探头轴线重合度偏差<0.1mm。采用纳米级激光干涉仪(如基恩士 LK-G80)进行校准,将线性误差控制在<±0.3μm()。


数据采集与计算逻辑
每组对射探头中,上探头测量 “探头至极片上表面距离(D1)”,下探头测量 “探头至极片下表面距离(D2)”,LT-CCH 控制器实时计算:极片厚度 = 15mm(探头中心距离)-D1-D2,数据延迟<10ms,直接上传至生产线 PLC。


软件与闭环控制
配套测控软件支持实时显示 3 个点位的厚度曲线、统计均值 / 最大值 / 最小值,设置厚度上下限(如 120μm±1μm),当数据超限时触发声光报警,并联动轧机调整轧制压力(如厚度超 121μm 时,压力自动增加 0.5MPa),实现工艺闭环控制。


四、实施效果:数据化验证应用价值


测量精度与稳定性达标
实测某批次正极三元极片(设计厚度 120μm):3 个点位连续 24 小时采样(21Khz 频率),平均厚度 119.9μm,最大偏差 0.8μm(远小于 ±1μm 公差),数据波动幅度 ±0.2μm;负极石墨极片(设计厚度 180μm)的最大偏差 0.7μm,均满足工艺要求。对比项目实施前,极片厚度超差率从 3.2% 降至 0.3%。


检测效率提升,无损伤风险
系统实现 24 小时连续运行,无探头维护停机(防护等级 IP40,适配车间粉尘环境)(),极片划伤率从 0.8% 降至 0%;3 个点位同步检测,单条产线日均检测极片 1.2 万平米,较原接触式测厚仪效率提升 30%。


长期运行成本优势显著
系统运行 6 个月以来,仅更换 1 次光纤(成本 450 元),无其他故障;对比进口方案,6 个月累计节省成本 6.45 万元,按 5 年使用寿命测算,单产线可节省成本 64.5 万元,投资回收期仅 8 个月。


五、应用总结

国产 LTC2600 光谱共聚焦传感器凭借 “高精度、抗高反光、低成本” 的优势,成功替代进口基恩士 CL-3000 系列,解决了锂电池极片厚度测量的行业痛点。其核心价值体现在三方面:一是精度指标优于进口设备,满足微米级检测需求;二是多通道控制器提升全幅检测效率,适配大宽幅极片;三是综合成本降低 50%,为企业多产线扩展提供经济可行的方案。
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